L’électrolyse à haute température : la révolution du CEA

L’électrolyse à haute température : la révolution du CEA

Le CEA a récemment développé l’électrolyse à haute température, proposant un rendement incroyable : 99% ! Ils sont maintenant en train de l’industrialiser avec plusieurs partenaires à travers l’entreprise jointe Genvia.


Le dihydrogène est considéré comme une partie importante de la transition énergétique, notamment pour remplacer le pétrole comme carburant des véhicules. En effet : ce gaz ne produit, quand il est utilisé, que de l’eau et n’a besoin, pour être produit, que d’eau.

C’est un parfait vecteur énergétique.

Enfin, parfait … pas tout à fait. Il a en effet un rendement assez médiocre : de l’ordre de 25-30% de l’électrolyse au moteur électrique selon l’ADEME (contre 80% pour l’électricité en batterie). De plus, il est actuellement surtout produit par vaporéformage du méthane, qui libère 10kg de CO2 pour 1kg d’hydrogène, sans même compter l’énergie nécessaire …

Une innovation récente du CEA pourrait néanmoins changer beaucoup de choses : l’électrolyse à haute température.

L’électrolyse à haute température : intérêt

L’électrolyse haute température atteint un rendement de 99% en pouvoir calorifique supérieur (PCS), contre de l’ordre de 72% pour l’électrolyse alcaline ou 80% pour la PEM.

L’idée est que

  • il y a besoin de moins d’énergie pour casser une molécule de vapeur d’eau que pour casser une molécule d’eau liquide.
  • la chaleur de l’environnement augmente la part de l’énergie électrique pouvant être remplacée par l’énergie thermique.

De plus, l’opération est réversible: l’électrolyseur peut devenir une pile à combustible.

Enfin, cette technologie peut aussi électrolyser du dioxyde de carbone, ce qui produirait un mélange H2 / CO, qui pourrait être transformé en différentes molécules d’intérêt.

L’électrolyse à haute température : principe

Les matériaux

Comme toujours avec l’électrolyse, vous avez deux électrodes et un électrolyte (qui permet le “dialogue” entre les premières). L’électrolyte est ici “une membrane solide, dense et étanche au gaz. Celle que nous développons est à base de céramique (de l’oxyde de zirconium stabilisé à l’oxyde d’yttrium, la zircone yttriée).” (Julie Mougin, cheffe du service composants et système Hydrogène au CEA-Liten)

L’électrode “à hydrogène” est composée de cermet (matériau composite métal-céramique), de nickel et de zircone yttriée.

L’électrode “à oxygène” est composée d’un matériau céramique “de structure perovskite”.

La réaction

Le système part d’une eau chauffée (par cogénération on suppose) à 150°C (ce qui est “assez courant sur de nombreux sites industriels, les stations d’incinération ou la géothermie“).

Celle-ci va être chauffée à 700°C par un système assez complexe. En somme, une fois le système à un certain équilibre, le point “thermo-neutre”, la température est stable : la chaleur produite par la cellule en sortie est récupérée pour chauffer la vapeur d’eau en entrée et, ainsi, compenser la perte thermique de l’électrolyse, qui est une réaction légèrement endothermique (= qui “perd” de la chaleur”).

Genvia : le projet industriel

Pour exploiter cette nouvelle technologie, Genvia a été créée le 1er mars 2021 par :

  • CEA;
  • Schlumberger New Energy;
  • leurs partenaires (Vinci Construction; Vicat ; Agence Régionale Energie Climat (AREC) Occitanie).

L’entreprise sera présidée par Florence Lambert, ancienne directrice du CEA-Liten à Grenoble. Une “Gigafactory” sera implantée à Béziers et le centre de transfert technologique sera basé au CEA-Grenoble.

Ils estiment développer des démonstrateurs de 300KW en 2022. En 2030, l’entreprise devrait produire des unitées de plusieurs centaines de MW en 2030. L’hydrogène qu’ils produiraient couterait moins de 2€/kg.

J’en parle plus dans l’article dédié à Genvia.


Pour aller plus loin